Les exosquelettes sont des robots mobiles assistant les humains de multiples façons, que ce soit pour la réadaptation, l’augmentation de la force ou la réduction du coût métabolique. Plusieurs exosquelettes sont maintenant commercialisés et utilisés dans des domaines militaires, médicaux et industriels. Ces dispositifs doivent interagir avec l’humain, et donc posséder un haut niveau de transparence mécanique qui est atteint ultimement lorsque les mouvements humains ne sont pas affectés par le robot. Cette aptitude constitue en fait le plus grand défi de conception d’un exosquelette. Les deux caractéristiques qui définissent une bonne transparence sont une bande passante élevée et une bonne réversibilité du mécanisme. Pour atteindre ces deux critères, le système de distribution de puissance, constitué de l’actionnement et de la transmission, doit être léger, doit posséder peu d’inertie reflétée et peu de friction. Les systèmes de distribution de puissance utilisés actuellement dans les exosquelettes comportent par contre un compromis fondamental entre une bonne densité de force et un bon niveau de transparence; en général, les exosquelettes forts ne sont pas transparents, et vice-versa. Certaines applications requièrent par contre à la fois force et transparence, un exosquelette pour la course en est un bon exemple. Dans le but de pallier cette problématique, ce mémoire présente le développement et la caractérisation d’un système de distribution de puissance possédant une bonne densité de force ainsi qu’un bon niveau de transparence. Ce système est composé d’embrayages magnétorhéologiques (MR) couplés à une transmission hydrostatique comportant des cylindres à membranes déroulantes. Les embrayages MR possèdent une bonne bande passante (>50 Hz), une bonne densité de force et peu d’inertie reflétée. Couplée aux embrayages MR, la transmission hydrostatique est très rigide, possède peu de friction ainsi qu’une faible inertie. La transparence a été évaluée expérimentalement et à l’aide d’un modèle analytique et numérique. Les résultats obtenus démontrent que le système est à la fois fort et transparent, ce qui lui confère un haut potentiel d’être employé dans les exosquelettes. Les essais expérimentaux ont été effectués sur une interface haptique à un degré de liberté prenant la forme d’un joystick. Les résultats démontrent une bonne transparence du système avec une bande passante supérieure à 40 Hz et des niveaux des forces restrictives (inertie et friction) ne dépassant pas 11 % de la force maximale (bonne réversibilité du mécanisme) de 112 N au bout du joint haptique. Le modèle analytique et numérique élaboré confirme ces résultats et sert également de guide à la conception en fournissant des tendances de bande passante et de forces restrictives en fonctions de différents paramètres de la transmission hydrostatique. Enfin, les performances de ce système ouvrent la voie à de nombreuses applications d’exosquelettes transparents, forts, peu coûteux et versatiles.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

La numérisation de plus en plus rapide de signaux à très large bande-passante permet aujourd'hui d'envisager de nombreuses applications pour les systèmes de télécommunication, les mesures expérimentales ou les systèmes radar. Les signaux issus des capteurs peuvent être analysés directement, en évitant la conversion en fréquences intermédiaires. Dans ce travail, nous nous intéressons plus particulièrement au système d'échantillonnage pour des applications radar, qui nécessitent une amélioration significative de la résolution des systèmes existants. L'objectif que nous visons inclus les spécifications suivantes : une fréquence d'échantillonnage de 40 GEch/s, une bande-passante supérieure à 15 GHz et une résolution de 10 bits effectifs à 8 GHz. Partant des excellents résultats obtenus sur les architectures mono-coup à entrelacement temporel, nous avons choisi d'adapter leur principe à un fonctionnement répétitif. Nous avons aussi choisi de baser cette étude sur la technologie TBH sur InP car elle présente les meilleures potentialités pour notre application. Deux éléments de base de ces systèmes ont fait l'objet d'une optimisation particulière pour améliorer la résolution du système : l'inverseur pour minimiser le jitter et l'échantillonneur-bloqueur, principalement pour améliorer la linéarité. Partant de ces résultats, trois architectures innovantes ont été proposées. Pour chacune nous avons conçu un système dont nous avons simulé les performances

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Les réseaux asymétriques sont des réseaux ne présentant pas la même capacité en terme de bande passante sur le lien ascendant et sur le lien descendant. Si de plus nous avons un trafic bidirectionnel sur de tels réseau, paquets de données et paquets d'acquittement se partagent les ressources. Cette cohabitation de paquets pose d'énormes problèmes au protocole TCP. Afin d'y remédier, une multitude de solutions ont été proposées dans la littérature.<br /> Dans cette thèse, nous analysons les problèmes qu'une telle situation engendre, puis nous décrivons quelques unes des solutions les plus prometteuses. Nous démontrons aussi par une étude de cas leur inéfficacité.<br /> Nous proposons ensuite deux nouveaux ordonnanceurs ayant pour but commun de maximiser l'utilisation d'un lien asymétrique et satisfaire ainsi l'utilisateur de tels liens. Nous proposons ACQ de l'anglais Adaptive Class-based Queuing. ACQ manipule des agrégats de trafics, classés dans deux catégories et dont l'ordonanncement s'adapte au trafic qui passe afin d'avoir toujours une utilisation maximale du lien asymétrique. Nous proposons aussi VAQ de l'anglais Virtual Ack-based Queueing. VAQ suit une approche à granularité fine, c'est-à-dire qu'il manipule directement des paquets de données et d'acquittement en ayant toujours pour objectif de maximiser l'utilisation du lien asymétrique. Nous mettons en évidence dans cette thèse l'augmentation importante de l'utilisation des liens asymétriques obtenue avec ACQ et VAQ. Nous montrons d'autre part la robustesse de ACQ et de VAQ face à des changements dans les paramètres et la topologie du réseau ainsi que leur impact favorable sur d'autres critères de la qualité de service.

Les réseaux sans fil connaissent aujourd'hui un essor important. Le<br />nombre croissant d'offres commerciales basées sur la norme IEEE 802.11<br />(Wi-Fi) et ses déclinaisons en atteste. Ces réseaux nécessitent<br />actuellement la présence d'une station de base pour assurer les<br />communications entre mobiles. Les réseaux ad hoc sont des<br />réseaux sans fil spontanés, mobiles et totalement autonome. Les mobiles<br />communiquent directement entre eux, relayant les communications des<br />autres mobiles lorsque les correspondants sont hors de portée radio. Il<br />est dès lors possible de créer un réseau par la simple présence de<br />terminaux équipés de cartes d'interfaces adéquates. Ces réseaux mobiles<br />et dynamiques peuvent être utilisés pour étendre la portée de stations<br />de base, offrant ainsi un accès à l'Internet sur une zone géographique<br />étendue à moindre coût. Ils peuvent être déployés rapidement et être<br />utilisés par exemple dans des situations d'urgence.<br /><br />Les caractéristiques particulières du médium radio, telle que la portée<br />de communication limitée ou le mode de partage du canal radio ainsi que<br />la mobilité des terminaux rendent souvent les mécanismes et protocoles<br />issus du monde filaire peu performants. À l'heure actuelle, de nombreux<br />travaux ont été effectués afin de concevoir des protocoles de routage<br />adaptés à ces réseaux. Le groupe de travail MANET de l'IETF est en passe<br />de standardiser une ou plusieurs solutions de routage. De nombreuses<br />problématiques restent cependant ouvertes telles que la sécurité, le<br /> multicast ou encore la qualité de service. Ces différents<br />sujets ont fait couler beaucoup d'encre durant ces dernières années.<br />Toutes les solutions issues du monde filaire ont été ré-examinées et<br />adaptées mais peu de propositions réellement adaptées aux spécificités<br />de ces réseaux ont vu le jour.<br /><br />Le travail effectué durant ma thèse se situe autour de la problématique<br />de la réservation de bande passante dans les réseaux ad hoc.<br />Ce travail a débuté par la proposition d'un protocole de réservation de<br />bande passante prenant en compte les interférences pouvant survenir<br />entre émetteurs hors de portée de communication. En effet, deux mobiles<br />ne pouvant communiquer directement peuvent avoir à se partager la bande<br />passante du canal radio. Mettre en oeuvre un protocole de réservation de<br />bande passante nécessite d'apporter suffisamment d'informations aux<br />routeurs en charge d'accepter ou de refuser les requêtes formulées par<br />les applications afin de leur permettre d'effectuer un contrôle<br />d'admission réaliste.<br /><br />Ce travail nous a conduit à nous intéresser à l'étude du protocole<br />d'accès au médium de la norme IEEE 802.11 afin d'évaluer sa capacité.<br />L'intégralité des études théoriques des performances de ce protocole<br />concernaient jusqu'à présent des réseaux dans lesquels tous les mobiles<br />sont à portée de communication les uns des autres. Or, dans certaines<br />situations, la présence de communications distantes a un impact très<br />marqué sur les performances et sur l'équité de ce protocole d'accès au<br />médium. Nous avons modélisé plusieurs scénarios présentant une forte<br />inégalité dans l'accès au médium, phénomène pouvant avoir un impact<br />important sur l'estimation des ressources disponibles.<br /><br /><br />Le protocole d'accès au médium n'étant pas équitable dans un contexte<br />multi-sauts, nous avons proposé un algorithme distribué d'allocation de<br />bande passante dans de tels réseaux permettant de préserver une certaine<br />équité tout en conservant une utilisation globale du réseau correcte.<br />Dans de tels réseaux, il y a en effet souvent opposition entre<br />performance globale et partage équitable des ressources. La solution que<br />nous proposons permet dans un contexte statique ainsi que dans un<br />contexte mobile de réaliser un compromis entre ces deux objectifs<br />antinomiques, et ce de façon totalement distribuée.<br /><br />Enfin, dans le cadre de réseaux hybrides composés d'un réseau d'accès<br />sans fil offrant un accès à l'Internet à un réseau ad hoc<br />sous-jacent, nous avons étudié l'impact du trafic de contrôle sur les<br />performances du réseau. Cette problématique nécessite souvent de faire<br />un compromis entre transmission rapide et fiable des informations de<br />gestion du réseau telles que la localisation des différents mobiles<br />permettant de construire l'arbre de routage et utilisation du réseau. En<br />effet, une transmission fréquente d'informations de contrôle permet<br />d'aboutir à une vision précise du réseau mais a un coût important. Nous<br />avons montré, par simulation, que le gain obtenu par la précision de la<br />vision du réseau apportée à chaque routeur était rapidement compensé par<br />l'occupation des ressources engendrée à cette fin.<br /><br />Concevoir une solution de qualité de service pour de tels réseaux n'est<br />pas une problématique simple et beaucoup reste à faire. L'importance<br />d'une évaluation précise de la capacité du médium a été démontrée mais<br />ce processus reste coûteux à mettre en oeuvre et il est impossible de<br />prévoir toutes les situations pouvant survenir dans des réseaux radio<br />mobiles. Les protocoles de qualité de service devront donc s'efforcer<br />d'évaluer au mieux l'état du réseau afin de ne pas sur ou sous-évaluer<br />sa capacité mais devront aussi être adaptatif afin de réagir rapidement<br />et efficacement à la versatilité de ces réseaux.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

L’objectif de ce travail est d’étudier les différentes structures d’alimentation et de commande d’actionneurs dédiés aux systèmes embarqués, motorisés par des machines synchrones à aimants permanents (MSAP) alimentées par des onduleurs de tension. En analysant les avantages et les inconvénients de ces structures, nous choisissons deux structures à puissance segmentée: Une MSAP triphasée alimentée par deux onduleurs à trois bras et une MSAP double-étoile alimentée par deux onduleurs à trois bras. L’autre aspect étudié est la détection de défauts et la reconfiguration de l'alimentation et de la commande pour pouvoir fonctionner en mode dégradé. Pour les défauts circuit-ouvert ou court-circuit d'un transistor d'un onduleur, une ou plusieurs stratégies de commande en mode dégradé sont proposées. Les résultats de simulation et d’expérimentation permettent de valider l’efficacité des méthodes proposées. La dernière partie de ce travail est consacrée à l’étude et l’établissement de modèle pour un régulateur hybride de courant à large bande passante sous le nom d’hystérésis modulé. La comparaison de ses performances avec celles d’autres régulateurs est également effectuée. / The objective of this work is to study different structures of supply and control of actuators for the embarked systems, motorized by permanent magnet synchronous machines (PMSM) supplied with voltage source inverters (VSI). By analyzing the advantages and the disadvantages of these structures, we choose two power segmented structures: a three-phase PMSM supplied with two three-leg VSI and a double-star PMSM supplied by two three-leg VSI. The other aspect is the fault detection and the reconfiguration of the supply and command to make possible the operation in degraded mode. For the open-circuit or short-circuit fault of an inverter switch, one or several strategies in degraded operating mode are proposed. The simulation and experimentation results validate the effectiveness of the proposed methods. The last part of this work is devoted to the study and modeling of a large band-width hybrid current controller named "modulated hysteresis". The performances of this controller are compared with the other regulators.

La microrobotique est un domaine de recherche en croissance rapide et les microsystèmes sont très demandés par un large éventail de notre vie. Aujourd’hui, des solutions d'automatisation massive sont déjà disponibles pour la production en série des microsystèmes, tandis que la production de petites quantités s'appuie principalement sur des processus manuels en l'absence de système de micro-manipulation flexible. Un processus manuel impose des contraintes à la productivité et la précision, ce qui accroît les difficultés pour les petites et moyennes entreprises à conquérir leur place sur le marché international. Dans ce contexte, la société pionnière pour la microrobotique Percipio Robotics a proposé une plate-forme cobotique Chronogrip, qui vise à gérer la micro-manipulation flexible. Toutefois, la solution n'est pas encore complète et il y a trois principaux défis à résoudre :• la dynamique de l'actionneur piézo-électrique stick-slip n'est pas entièrement comprise, ce qui retarde le développement des stratégies de suivi de trajectoire;• les interfaces haptiques ont peu de bande passante en raison des propriétés mécaniques, par conséquent il n'y a aucune option disponible qui soit capable de reproduire des informations haptiques de haute dynamique depuis le micromonde;• pour la micro-manipulation à la pince dans l'horlogerie, aucune interface haptique existante n'est en mesure d'assurer un fonctionnement intuitif et efficace.L’objectif de la thèse consiste à répondre à ces trois défis. La première partie de la thèse est consacrée à l'élaboration d'un modèle dynamique non linéaire de l'actionneur piézo-électrique stick-slip. Le résultat montre qu'il est le premier modèle dynamique qui puisse décrire la dynamique de l'actionneur dans des domaines temporels et fréquentiels, pour les fonctionnements en sous-pas et en grand déplacement, et à la fois pour les directions vers l'avant et l’arrière. La deuxième partie de la thèse est consacrée à développer une méthode pour étendre la bande passante d’une interface haptique en double étage en utilisant la technique de signal crossover. Le résultat montre que la bande passante est uniformément étendue à 1 kHz, ce qui rend possible la reproduction des phénomènes de haute dynamique depuis le micromonde. La troisième partie de la thèse vise à concevoir une interface haptique intuitive dédiée aux opérations d’horlogerie à la pince. Le design est également compatible avec l'utilisation conventionnelle d’une pince. Il est prévu d'intégrer tous les résultats de ces trois sujets de recherches dans la plate-forme de cobotique Chronogrip afin d’améliorer la productivité et l'efficacité de la micro-manipulation. / Microrobotics is a fast growing field of research and microsystems are in high demand from across a wide spectrum of our life. Nowadays, mass automation solutions are already available for large batch production of microsystems, while small batch production mainly relies on handmade processes due to the lack of flexible micro-manipulation system. Handmade processes have limited productivity and accuracy, which makes it more and more difficult for small and medium-sized enterprises to conquer their place on the international market. Under such circumstances, pioneer microrobotics company Percipio Robotics has proposed a desktop cobotic platform, Chronogrip, which aims to handle flexible micro-manipulation. However, the solution is not yet complete and there are three main challenges to resolve:• the dynamics of the piezoelectric stick-slip actuator is not fully understood, which delays the development of trajectory tracking strategies;• existing haptic interfaces have limited bandwidth due to their mechanical properties, consequently there is no available option that is able to render high dynamic haptic information from the microworld;• for tweezers-based micro-manipulation in watchmaking process, no existing haptic interface is able to provide intuitive and effective operation.The objective of thesis is to address these three issues. The first part of the thesis is dedicated to the development of nonlinear dynamic model of the piezoelectric stick-slip actuator. The result shows that it is the first dynamic model which can describe the actuator dynamics in time and frequency domain, for stepping and scanning mode, and for both forward and backward motion. The second part of the thesis is devoted to develop a method to extend the bandwidth of dual-stage haptic interface by using the signal crossover technique. The result shows that the bandwidth is uniformly extended to 1 kHz, which makes it possible to reproduce high dynamic phenomena from the microworld. The third part of the thesis aims to design an intuitive haptic interface for tweezers-based watchmaking operations. The design is also compatible with conventional tweezers-based usage. It is expected to integrate all of the three research results into the cobotic platform Chronogrip to enhance the productivity and effectiveness of micro-manipulation.

L'objectif de cette thèse est de traiter trois problèmes relatifs aux réseaux de grande taille. Les outils utilisés à cette fin sont issus des probabilités et plus spécifiquement de la théorie des files d'attente. En plus d'améliorer la compréhension des systèmes étudiés, les travaux réalisés dans cette thèse ont permis de prouver des résultats théoriques nouveaux ainsi que d'illustrer certains phénomènes probabilistes. Dans le Chapitre II, un modèle de réseau à partage de bande passante est étudié. Contrairement à ce qui avait été étudié dans la littérature, les utilisateurs n'utilisent pas de contrôle de congestion. On suppose qu'ils envoient des données avec un débit maximum et protègent leur transmission à l'aide d'un mécanisme basé sur des codes correcteurs d'erreur. Le modèle obtenu est analysé pour deux topologies de réseaux spécifiques : les réseaux linéaires et les arbres montants. A l'aide de limites fluides, les conditions de stabilité de ces réseaux sont établies. Ces limites fluides donnent lieu à un phénomène intéressant de moyennage stochastique. Ensuite, une autre méthode de renormalisation est utilisée pour prouver que la région de stabilité de ces processus converge vers la région optimale lorsque que les débits maximaux des utilisateurs deviennent infiniment petits par rapport à la taille des liens du réseau. Dans le Chapitre III, on se propose d'étudier CSMA/CA, un algorithme d'accès implémenté dans certains standards de réseaux sans fil. Chaque lien est constitué d'un émetteur et d'un récepteur et un graphe d'interférence modélise les collisions potentielles entre les liens. Les arrivées et les départs de ces derniers sont prises en compte. Une approximation est faite en supposant que la dynamique d'accès au canal est infiniment plus rapide que la dynamique des arrivées et départs de liens. Il est alors établi que le CSMA permet une utilisation optimale des ressources radio dans le cadre des réseaux ad-hoc. Cependant, il est également prouvé que ce même algorithme n'est pas efficace pour les réseaux avec une station de base ; dans ce cas, un biais en faveur des transmissions vers la station de base est observé. A la fin du chapitre, l'hypothèse simplificatrice est discutée. Les deux derniers chapitres de la thèse sont consacrés à l'étude d'un grand système distribué de stockage de données avec pertes. L'objectif est d'estimer la vitesse de perte des fichiers ou la durée de vie d'un fichier donné. Dans le Chapitre IV, c'est le premier point de vue qui est adopté. Le système est considéré de manière globale. Le système est constitué d'un grand nombre de fichiers qui peuvent avoir chacun deux copies au maximum. Chaque copie disparaît au bout d'un temps aléatoire. Un mécanisme centralisé de sauvegarde permet alors de restaurer les copies perdues. Un fichier dont les deux copies ont été détruites est définitivement perdu. Le système est étudié dans le cas limite où le nombre de fichiers tend vers l'infini. Afin de décrire correctement le système, trois échelles de temps différentes sont étudiées. Ralentir le temps permet de comprendre le mécanisme de sauvegarde ; laisser le temps inchangé permet de définir la capacité du système ; accélérer le temps permet d'évaluer la vitesse de perte des fichiers. Le principe de moyennage stochastique est également observé à l'échelle de temps la plus rapide. Dans le chapitre V, le point de vue d'un fichier donné est adopté. Des liens sont établis avec les modèles classiques d'Ehrenfest, issu de la physique statistique, et d'Erlang, issu des télécommunications. Des méthodes basées sur les martingales sont utilisées pour calculer la transformée de Laplace des temps d'atteinte de ces deux processus. Ces transformées permettent alors d'estimer le comportement asymptotique de ces temps d'atteinte et notamment le temps de disparition d'un fichier.